Практическая работа по теме Молекулярная физика и термодинамика

Практическая работа №2 «Решение задач по теме « Молекулярная физика»»

Цель работы: применить формулы для нахождения величин характеризующих идеальный газ, применять основное уравнение идеального газа для решения задач, использовать законы термодинамики для расчета изменений внутренней энергии.

Выполнив данную работу, Вы сможете:

- решать расчетные и качественные задачи по теме « Молекулярная физика»

Дидактическое оснащение практического занятия:

• указания по выполнению практического задания;

• рабочая тетрадь с конспектами

Прежде чем приступить к практической работе, ответьте письменно на теоретические вопросы:

1вариант

1.Сформулируйте определение понятия «температура».

2. Запишите формулу, обозначение и единицы измерения работы газа.

3. Сформулируйте 2 закон термодинамики.

4. Запишите формулу уравнения Менделеева-Клайперона (Формулу расписать).

5. Сформулируйте определение «изобарного процесса».

2 вариант

1. Сформулируйте определение понятия «идеальный газ».

2. Запишите формулировку и формулу 1 закона термодинамики.

3. Назовите, в чем отличия кристаллических и аморфных тел.

4. Запишите формулу вычисления внутренней энергии идеального одноатомного газа.

(Формулу расписать).

5. Запишите обозначение и единицы измерения давления газа, температуры, объема.

Приведём общий алгоритм решения расчётной задачи по физике.

1. Прочитайте текст физической расчётной задачи.

2. Запишите кратко условие и требование задачи с помощью общепринятых условных обозначений.

3. Проверить все ли физические величины приведены в систему единиц.

4. Выполнить четкий, понятный рисунок, не загромождая его лишними, не принципиальными деталями; если задача может быть решена без рисунка, его делать не следует (в целях экономии времени).

5. Составьте физические формулы, уравнения в соответствии с содержанием расчётной задачи и её требованиям.

6. Составьте рациональный план решения задачи

7. Продумайте, какие дополнительные данные можно извлечь из формул, уравнений для реализации требований задачи.

8. Произведите все необходимые в данной задаче действия с заданной математической точностью.

9. Запишите полученный ответ.

Пример решения задачи: Вычислите давление сжатого воздуха, находящегося в баллоне вместимостью 20 л при температуре 12⁰С, если масса этого воздуха 2 кг.

Анализ условия. Количественная сторона задачи - дано объем 20л,температура 12⁰С и масса 2кг. Вещество воздух, его молярная масса 0,029кг/моль. Вычислить объем газа. Качественная сторона задачи - сжатый воздух находится в баллоне.

Алгоритм решения:

• Переведем температуру из ⁰С в К

• Переведем объем из Л в М³

• Воспользуемся уравнением Менделеева-Клайперона для нахождения давления газа

Дано: Решение:V = 20 л =0,02м³

t=12⁰С =285К

m=2кг

М=0,029 кг/моль

Н а й т и:

р-?

1.Запишем уравнение Менделеева-Клайперона р*V=m*R*T/M , где R=8,31

2. Выразим из формулы давление газа

3. Подставляем числа и считаем р=2·8,31·285/0,029·0,02=4736,7/0,00058=

=8166724,14 па≈8,2 Мпа

Ответ: 8,2Мпа

Решите следующие задачи самостоятельно.

1 вариант.

1.Определить среднюю кинетическую энергию молекулы идеального газа при давлении 3,1 кПа, если концентрация молекул газа при указанном давлении составляет 2*10²⁵ м^-3 .

2. Вычислите массу кислорода, если при давлении 150 кПа и температуре 20⁰С его объем равен 40л.

3.Рассчитайте каким стало давление газа, если первоначально водород при 15⁰С и давлении 1,33*10⁵ пазанимал объем 2*10^-3 м³ . Известно, что газ сжали до объема 1,5*10^-3 м³ ,а температуру повысили до 30⁰С.

4.Чему равно изменение внутренней энергии газа, если ему передали количество теплоты 150 Дж, и внешние силы совершили над ним работу 350 Дж?

2 вариант.

1. Рассчитайте среднюю квадратичную скорость движения молекул газа, если имея массу 4 кг, он занимает объем 3,5 м3 при давлении180 кПа.

2.Вычислите давление газа, если в сосуде вместимостью 500 см³ содержится 0,89г водорода при температуре 17⁰С.

3.В цилиндре двигателя внутреннего сгорания давление в конце такта сжатия равно 11*10⁵ Па, а температура 350°С. Каким станет давление после сгорания газовой смеси, если температура при этом достигнет 2000°С? Объем газа постоянен.

4.Вычислите, какое количество теплоты было передано газу, если внешние силы над газом совершили работу 300Дж, а внутренняя энергия газа при этом увеличилась на 400 Дж.

Приведём общий алгоритм решения качественной задачи по физике

1. Прочитайте текст физической задачи.

2. Проанализируй условие задачи.

3. Выпиши перечень явлений, о которых идет речь в задаче и их взаимосвязи.

4. Запиши основные теоретические положения, необходимые для решения задачи (качественная сторона задачи).

5. Проанализируй и сделай сравнения характеристик явлений.

6. Сделай вывод.

Пример решения задачи: Объясните, почему запотевают очки, когда человек с мороза входит в комнату?

Анализ условия. Качественная сторона задачи - во время нахождения человека в очках на холоде стекло охлаждается. Когда он входит в теплую комнату водяной пар растворенный в воздухе конденсируется на холодном стекле в виде мельчайших капелек. Мы видим запотевшие очки.

Решите следующие задачи самостоятельно.

1 вариант.

5.Объясните, почему любой режущий инструмент при работе нагревателя?

6.Объясните, при каком процессе внутренняя энергия газа не изменяется. Почему?

2 вариант.

5.Объясните, как по внешнему виду отличить в бане трубу с холодной водой от трубы с горячей?

6.Всегда ли газ при охлаждении отдает такое же количество теплоты, какое было затрачено для его нагревания?